一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，利用水热法制备SnO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域，尤其是涉及一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高效和清洁的特性而显得突出。然而，锂离子电池的成本和能量密度仍然不能满足市场的储能需求，因此研究人员需要开发替代电池，以低成本满足更高能量密度的要求。TiO2、五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铁（Fe2O3）、SnO2等金属氧化物被证明能有效地提高电池阴极材料的性能。其中，氧化锡纳米颗粒具有环境友好性高、易于制备、化学稳定性高、能量密度高的特点，受到广泛关注。
[0003]中国专利技术专利CN 112582552 A提供一种二氧化锡/金属硫化物复合薄膜材料的制备方法。利用氯化亚锡在水解氧化产生二氧化锡的过程中分解产生的酸，使溶液中的硫源化合物进行水解产生硫离子，进而与溶液中的金属离子结合。在常温条件下，在搅拌合成二氧化锡的过程中原位形成金属硫化物。在常温搅拌的条件下，存在不能定向控制氧化锡和金属硫化物反应程度的问题，以及硫化不均匀的问题。
[0004]SnO2作为电池负极材料会出现体积膨胀、离子迁移率低、电子导电性差等现象。因此本专利技术中将TiO2与SnO2复合，形成SnO2‑
TiO2纳米空心球，具有稳定的固体
‑
电解质中间相（SEI），有助于锂化脱锂期间保持结构稳定，增强电化学性能。同时，锡基硫化物SnS2是一种天然的二维半导体，具有2.35 eV的窄带隙，这使得SnS2基材料具有良好的光学和电学性能。通过界面工程的调控，在SnO2‑
TiO2纳米空心球上进行原位硫化，专利技术出一种具有高载流子迁移率的电池负极材料，降低离子迁移势垒，加速电子转移，从而在充放电过程中产生快速的界面氧化还原反应。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，包括以下步骤：S1利用水热法制备SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体；S2将所述前驱体和硫源分散在水溶液中，在水热条件下进行硫化反应，待反应结束后进行清洗，烘干后得到所述原位垂直生长的硫化锡纳米片。
[0006]进一步，利用水热法制备SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体的具体步骤如下：S1将草酸溶于乙醇中得到草酸醇溶液A；S2将氯化亚锡溶于乙醇中得到溶液B；S3将溶液B缓慢加入溶液A中，利用磁力搅拌器使浑浊液搅拌均匀直至变为澄清混合溶液C；S4在磁力搅拌下，向混合溶液C中加入钛源制得混合溶液D；S5将S4制备的混合溶液D转移至水热反应釜，进行水热反应，反应结束后冷却，经过清洗后，在烘箱中烘干，随后在管式炉中进行煅烧，制得SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体。
[0007]进一步，步骤S1中，溶液A的浓度为1~3 mol/L；步骤S2中，溶液B的浓度为0.01~0.03 mol/L。
[0008]进一步，步骤S4中，钛源为四氯化钛、硫酸氧钛或钛酸四丁酯；氯化亚锡和钛源的摩尔比为0.5~2：1。
[0009]进一步，步骤S5中，水热反应的温度为100~180℃，反应时间为5~20 h，（是为了控制SnO2和TiO2的形貌结构以及合成速度），反应结束后，使用乙醇和纯净水交替清洗；干燥温度为60~80℃，时间为5~20 h，煅烧在空气气氛下进行，煅烧温度为300~400℃，时间为3~10 h。
[0010]进一步，将所述前驱体和硫源分散在水溶液中，最终得到所述原位垂直生长的硫化锡纳米片的具体过程如下：（1）取SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体粉末分散在去离子水溶液中得到分散液E；（2）在磁力搅拌下，向分散液E中加入硫源制得分散液F；（3）将步骤（2）制备的分散液F转移至水热反应釜，进行水热反应，反应结束后冷却，经过清洗后，在烘箱中烘干，得到所述原位垂直生长的硫化锡纳米片。
[0011]进一步，步骤（1）中，SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体粉末的质量为0.1~0.5 g。
[0012]进一步，步骤（2）中，硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫化钠；硫源和氧化锡的摩尔比为2~5：1。
[0013]进一步，步骤（3）中，水热反应的温度为130~200℃，反应时间为10~20 h，（是为了控制硫化的反应程度，硫化反应越快，影响硫化锡片状结构的形成），反应结束后，使用乙醇和纯净水交替清洗；干燥温度为60~80℃ ，反应时间为5~20 h。
[0014]本专利技术有益效果：（1）本专利技术是一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法,在SnO2‑
TiO2纳米空心球上原位垂直生长硫化锡纳米片异质结材料，采用水热法分两步制备，合成方法简单，操作容易，条件温和，样品制备周期短。
[0015]（2）本专利技术提供制备方法中，通过TiO2与窄带隙过渡金属硫化物相互耦合，制备出SnO2‑
TiO2纳米空心球上原位垂直生长SnS2纳米片的SnS2‑
TiO2负极电池材料。通过调控反应的时间和温度，定向控制SnS2纳米片的生长。同时，空心球有利于增大反应的接触面积，提供更多的活性位点，减少离子传输距离，从而加快传输速率。氧化锡由于生长较慢，存在于TiO2球体内部，在硫化反应中被硫化为片状SnS2呈现自内而外垂直生长。硫化锡的生成有利于异质结的形成，便于提高二氧化锡的电子迁移率，有利于充放电过程中界面氧化还原反应的进行。
[0016]（3）本专利技术提供制备方法中， SnS2纳米片是自SnO2‑
TiO2球体内垂直生长出来，与TiO2形成异质结，有利于促进电子的迁移。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的原位垂直生长的硫化锡纳米片SEM图；图2为实施例1制备的原位垂直生长的硫化锡纳米片Mapping图；图3为实施例1制备的原位垂直生长的硫化锡纳米片XRD图；图4为实施例1
‑
4制备的原位垂直生长的硫化锡纳米片作为电极在电流密度为
200、300、500、1000、2000、3000、5000 mA g
‑1下的倍率性能图；图5为实施例1
‑
4制备的原位垂直生长的硫化锡纳米片作为电极在电流密度为500 mA g
‑1下的循环性能图。
具体实施方式
[0018]本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
实施例1
[0019]a、SnO2‑
TiO2前驱体的制备取10 g草酸溶于60 mL乙醇中得到草酸醇溶液，将0.5 g氯化亚锡溶于20 ml乙醇中，加入草酸醇溶液中搅拌均匀后加入2 ml钛酸四丁酯，在 100 ℃反应5 h后；使用乙醇和去离子水交替清洗两次，放入70℃恒温干燥箱中干燥12 h，得到白色粉末；随后将样品在400 ℃进行煅烧3 h，得到纳米球SnO2‑
TiO2前驱体。
[0020]b、SnS2‑
TiO2的制备称取0.2 g 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1利用水热法制备SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体；S2将所述前驱体和硫源分散在水溶液中，在水热条件下进行硫化反应，待反应结束后进行清洗，烘干后得到所述原位垂直生长的硫化锡纳米片。2.根据权利要求1所述的一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，其特征在于，利用水热法制备SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体的具体步骤如下：S1将草酸溶于乙醇中得到草酸醇溶液A；S2将氯化亚锡溶于乙醇中得到溶液B；S3将溶液B缓慢加入溶液A中，利用磁力搅拌器使浑浊液搅拌均匀直至变为澄清混合溶液C；S4在磁力搅拌下，向混合溶液C中加入钛源制得混合溶液D；S5将S4制备的混合溶液D转移至水热反应釜，进行水热反应，反应结束后冷却，经过清洗后，在烘箱中烘干，随后在管式炉中进行煅烧，制得SnO2‑
TiO2纳米空心球前驱体。3.根据权利要求2所述的一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，溶液A的浓度为1~3 mol/L；步骤S2中，溶液B的浓度为0.01~0.03 mol/L。4.根据权利要求2所述的一种原位垂直生长的硫化锡纳米片的制备方法，其特征在于，步骤S4中，钛源为四氯化钛、硫酸氧钛或钛酸四丁酯；氯化亚锡和钛源的摩尔比为0.2~2：1。5.根据权利要求2所述的一种原位垂直生长的硫化锡纳米片...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁慧君，冀圆圆，郭鹏飞，姜聚慧，郭建明，李忠奇，李须孺，王晓兵，
申请(专利权)人：新乡市奇鑫电源材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：